Спосіб одержання fecral-матеріалу і матеріал, одержаний цим способом

Цей винахід стосується способу отримання FeCrAI-матеріалу і такого матеріалу. Звичайні сплави на основі заліза, що найчастіше містять Fe і 12-25% Сr та 3-7% АІ, так звані FeCrAIсплави, виявилися дуже корисними у різноманітних випадках застосування при підвищених температурах завдяки їх стійкості до окислення. Так, ці матеріали використовують у виробництві елементів електричного опору і у якості матеріалів-носіїв у каталізаторах для автомобілів. Завдяки вмісту алюмінію такий сплав здатний утворювати при високих температурах і у більшості атмосфер непроникний і адгезійний поверхневий оксид, що складається по майже цілком з АІ2О3. Цей оксид захищає метал від подальшого окислення, а також від багатьох інших форм корозії, таких як карбюрація, сульфуризація і т.д. Чистий FeCrAI-сплав відрізняється відносно низькою механічною міцністю при підвищених температурах. Такі сплави відносно слабкі при високих температурах і схильні ставати ламкими при низьких температурах після того, як вони піддавалися впливу підвищених температур протягом порівняно тривалого часу, внаслідок росту зерен. Один з шляхів покращення високотемпературної міцності таких сплавів - введення у сплав неметалічних включень і за рахунок цього - отримання ефекту дисперсійного твердіння. Один з відомих способів додання таких включень являє собою так званий спосіб механічного сплавлення, в якому компоненти змішують в твердій фазі. В цьому способі суміш тонкодисперсного порошку оксиду, звичайно Y2О3, і порошку металу, що має склад FeCrAI, розмелюють в високопотужних млинах протягом тривалого часу до отримання гомогенної структури. В результаті розмелювання отримують порошок, який може бути потім ущільнений, наприклад, шляхом гарячої екструзії або гарячого ізостатичного пресування з утворенням цілком щільного продукту. Хоча Y2О3 можна розглядати з термодинамічної точки зору як високо стабільний оксид, малі частинки ітрію у певних обставинах можуть бути трансформовані або розчинені у металевій матриці. Відомо, що у разі механічного сплавлення частинки ітрію реагують з алюмінієм і киснем, утворюючи в результаті різні види Y-AI-оксидів. Склади включень цих змішаних оксидів під час довготривалого використання матеріалу будуть змінюватися, а їх стабільність знижуватися внаслідок змін в оточуючій матриці. Також є повідомлення, що додання сильного оксид-формуючого елемента у формі титану до механічно сплавленого матеріалу, що містить Y2О3 і 12% Сr, може викликати виділення комплексних (Y+Ті)-оксидів, що приводить до утворення матеріалу з більшою механічною міцністю, ніж матеріал, що не містить титану. Міцність при підвищених температурах може бути додатково покращена доданням молібдену. Таким чином, матеріал, що має добрі характеристики міцності, може бути отриманий способом механічного сплавлення. Проте механічне сплавлення має кілька вад. Механічне сплавлення виконують партіями у високопотужних млинах, в яких компоненти перемішують до отримання гомогенної суміші. Партії відносно обмежені за розміром, і процес розмелювання вимагає порівняно тривалого часу. Крім того, процес розмелювання є енергоємним. Головна вада механічного сплавлення полягає у результуючій високій вартості продукту. Спосіб, у якому FeCrAI-матеріал, сплавлений з тонкодисперсними частинками, може бути вироблений без необхідності використання високопотужного розмелювання, був би вельми сприятливим з точки зору вартості. Велику перевагу дала б можливість вироблення матеріалу шляхом газової атомізації, тобто вироблення тонкодисперсного порошку, який потім пресують. Цей спосіб дешевший, ніж спосіб, у якому порошок виробляють розмелюванням. У зв'язку зі швидким процесом твердіння осаджуються дуже малі частинки карбідів і нітридів, причому такі карбіди і нітриди є бажаними. Але при атомізації FeCrAI-матеріалу серйозну проблему утворює титан. Проблема полягає в тому, що до атомізації в розплаві утворюються малі частинки, головним чином ΤiΝ і ТіС. Ці частинки схильні прикріплюватися до вогнетривкого матеріалу. Оскільки перед атомізацією розплав проходить крізь відносно вузьке керамічне сопло, ці частинки будуть прикріплюватися до сопла і поступово накопичуватися. Це викликає закупорювання сопла і, внаслідок цього, необхідність переривання процес атомізації. Такі зупинки у виробництві дорогі і клопіткі. Тому FeCrAI-матеріали, що містять титан, на практиці за способом атомізації не виробляють. Даний винахід вирішує цю проблему і стосується способу, в якому FeCrAI-матеріал може бути отриманий шляхом атомізації. Таким чином, цей винахід стосується способу виготовлення FeCrAI-матеріалу шляхом атомізації, згідно якому згаданий матеріал на додаток до заліза (Fe), хрому (Сr) та алюмінію (АІ) також містить малі фракції одного або більше матеріалів, що включають молібден (Мо), гафній (Hf), цирконій (Zr), ітрій (Y), азот (N), вуглець (С) та кисень (О) і який відрізняється тим, що у розплаві, який підлягає атомізації, забезпечують вміст 0,05-0,50%мас. танталу (Та) і, в той же час, менш ніж 0,10%мас. титану (Ті). Винахід також стосується матеріалу, що визначений в п.6 і має суттєві ознаки, викладені в згаданому пункті. Цей винахід стосується способу виготовлення FeCrAI-матеріалу шляхом атомізації. На додаток до заліза (Fe), хрому (Сr) та алюмінію (АІ) FeCrAI-матеріал також містить малі фракції одного або більше таких матеріалів, як молібден (Мо), гафній (Hf), цирконій (Zr), ітрій (Y), азот (N), вуглець (С) та кисень (О). За винаходом, у розплаві, який підлягає атомізації, забезпечують вміст 0,05-0,50%мас. танталу (Та), а також менш ніж 0,10%мас. титану (Ті). Було виявлено, що тантал забезпечує характеристики міцності, які можна порівняти з отриманими при використанні титану, коли TiN і ТіС не утворюються у кількостях, що викликають закупорювання сопла. Це стосується навіть тих випадків, коли розплав містить 0,10%мас. титану. Таким чином, можливо вироблення описаного матеріалу шляхом газової атомізації з використанням танталу замість щонайменше частини кількості титану. Звичайно у якості атомізуючого газу використовують аргон (Аr). Проте аргон адсорбується частково на відкритих доступних поверхнях і частково у порах зерен порошку. Під час подальшого теплового ущільнення і теплової обробки продукту аргон буде накопичуватися під високим тиском у мікродефектах. Ці дефекти розростаються і під час подальшого використання при низькому тиску і високій температурі утворюють пори, що погіршує міцність продукту. Порошок, атомізований газоподібним азотом, має не такі властивості, як атомізований аргоном, оскільки азот має більшу розчинність в металі, ніж аргон, і оскільки азот може утворювати нітриди. При атомізації чистим газоподібним азотом алюміній буде реагувати з газом, і може статися помітна нітрація поверхонь зерен порошку. Ця нітрація перешкоджає утворенню зв'язків між зернами порошку в процесі гарячого ізостатичного пресування (ГІП), що викликає труднощі під час теплової обробки результуючої заготовки. Крім того, окремі зерна порошку можуть бути нітровані в такій значній мірі, що це викликає зв'язування більшої частини алюмінію у формі нітридів. Такі частинки не можуть утворювати захисний оксид. Таким чином, вони можуть перешкодити утворенню оксида, якщо вони присутні близько до поверхні кінцевого продукту. Було виявлено, що деяке оксидування поверхонь порошку може бути досягнуто за допомогою введення в газоподібний азот газоподібного кисню, з одночасним значним зниженням нітрації. Ризик перешкод оксидуванню також значно знижується. Таким чином, згідно з одним з найбільш переважних варіантів здійснення винаходу, у якості атомізуючого газу використовують газоподібний азот (N2), до якого додають задану кількість газоподібного кисню (О2), при чому згадана кількість кисню є такою, щоб забезпечувати в атомізованому порошку вміст 0,02-0,10%мас. кисню (О) в той час, коли вміст азоту в порошку складає 0,01-0,06%мас. Згідно з одним з переважних варіантів здійснення винаходу, забезпечують такий склад розплаву, при якому отриманий після атомізації порошок має такий склад у %мас. Сr 15-25 АІ 3-7 Мо до 5 Υ 0,05-0,60 Zr 0,01-0,30 Hf 0,05-0,50 Та 0,05-0,50 Ті до 0,10 С 0,01-0,05 Ν 0,01-0,06 О 0,02-0,10 Si 0,10-0,70 Μn 0,05-0,50 Ρ 0-0,08 S 0-0,005 Fe решта Згідно з одним з особливо переважних варіантів здійснення винаходу, забезпечують такий склад розплаву, що після атомізації результуючий порошок буде мати приблизно такий склад у %мас. Сr 21 АІ 4,7 Мо 3 Υ 0,2 Zr 0,1 Hf 0,2 Та 0,2 Ті